煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計與應(yīng)用

牛萬春

（西山晉興公司斜溝煤礦， 山西 興縣 033600）

引言

隨著我國采煤技術(shù)的極速發(fā)展，電氣系統(tǒng)智能化、自動化水平不斷提高，礦山生產(chǎn)技術(shù)越來越趨向于高效率、高安全方向?；赑LC技術(shù)的電氣自動化控制系統(tǒng)必須克服煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境惡劣這一困難，保障在各種情況下工作面電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行，避免電磁等環(huán)境因素對電氣系統(tǒng)造成不同程度的干擾，提高礦山生產(chǎn)效率[1]。為提升煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的安全性和可靠性，對設(shè)計進行創(chuàng)新與優(yōu)化，減少設(shè)計成本，增強系統(tǒng)使用性能[2]。

1 單片機電氣自動化控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

電氣自動化控制系統(tǒng)的核心是單片機，而單片機的規(guī)格選型有嚴格的要求，相同型號的單片機在不同的生產(chǎn)環(huán)境中會呈現(xiàn)不同的效果。在選擇單片機類型時，應(yīng)根據(jù)煤礦開采和生產(chǎn)環(huán)境，對其進行全面、深入的勘察與分析，確保單片機在煤礦生產(chǎn)設(shè)備中的正常工作[3-4]?，F(xiàn)階段，煤礦多采用PLC單片機，此種單片機具有工作效率高、耗能少、抗干擾強等優(yōu)點，同時具有很強的防水效果。當生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)漏電現(xiàn)象時，單片機自動采取應(yīng)對措施，保證工作設(shè)備的穩(wěn)定運行以及工作面的順利生產(chǎn)，且為工作面工作人員提供安全保障。PLC單片機主要對煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備進行實時保護，通過一系列的信號轉(zhuǎn)換，將設(shè)備故障信號傳輸至計算機。由于其具有抗干擾能力較強、耗能較少等特點，在煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。

2 煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計的創(chuàng)新與優(yōu)化

2.1 設(shè)備選型

2.1.1 分析系統(tǒng)規(guī)模

通過分析PLC自身系統(tǒng)的規(guī)模，對工作面所選設(shè)備進行綜合選擇。PLC設(shè)備的不同作用對其自身要求也不同，若僅僅要求PLC設(shè)備實現(xiàn)對瓦斯?jié)舛鹊臋z測，可以選擇一般微型設(shè)備；若要求PLC設(shè)備對水泵機房根據(jù)水位變化進行工作方式和狀態(tài)的變更，可以選擇中等設(shè)備；若要求PLC設(shè)備對礦井生產(chǎn)人員進行實時監(jiān)測，微型和中等設(shè)備均不能滿足井下通信和控制的監(jiān)測要求，只能選擇大型的PLC設(shè)備。

2.1.2 I/O點類型的確定

為最大程度避免資源的浪費，確保硬件資源余量的不足，根據(jù)對某礦監(jiān)控對象的系統(tǒng)規(guī)模確定I/O點的數(shù)量，進而對系統(tǒng)進行劃分類別。分析礦井供電情況，對輸出端采用晶體管和繼電器，以確保輸出端的穩(wěn)定運行，提高輸出效率。

2.1.3 選擇編程工具

根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模確定適合系統(tǒng)本身的編程工具，所選編程工具須確保系統(tǒng)編程能快速高效地完成。對于中小規(guī)模的PLC設(shè)備編程，選擇梯形編程模式更為實用，應(yīng)用范圍也較廣泛，而對于大型PLC設(shè)備編程，一般使用計算機和PLC軟件包進行編程，這種編程雖然速度較快、編程效率較高，但是經(jīng)濟投入較多，現(xiàn)場調(diào)試時，由于環(huán)境因素也十分不便，故編程范圍僅僅針對大型煤礦。

2.2 硬件設(shè)計

2.2.1 輸入電路

由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境復雜，且在某些特殊狀況下供電系統(tǒng)呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，對輸入電路部分安裝電源凈化元件，以確保系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定，避免因煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定造成較大的經(jīng)濟損失。將PLC輸入電源控制在24 V，合理調(diào)節(jié)電路載荷，防止由于短路影響PLC的穩(wěn)定運行。在電路短路或超負載情況下，PLC芯片會受到不同程度的損傷，造成系統(tǒng)無法正常運行。因此，對輸出電路進行設(shè)計創(chuàng)新對于電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要的作用。

2.2.2 輸出電路

為提高水泵機房電氣自動化系統(tǒng)的抗干擾與負載能力，結(jié)合某礦實際生產(chǎn)需求，對輸出電路設(shè)計創(chuàng)新?，F(xiàn)階段煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)PLC輸出頻率為6次/min，考慮采用繼電器輸出。另外，在電路盤上安裝二極管，可以有效避免對PLC的損傷。

2.2.3 抗干擾設(shè)計

在煤礦生產(chǎn)過程中，工作面中的眾多不利因素都會影響電氣自動化控制系統(tǒng)的正常運行。對系統(tǒng)進行抗干擾設(shè)計創(chuàng)新是解決這一問題的根本方法。采用三種方法對其提高抗干擾能力，一是利用電磁屏蔽效應(yīng)，將工作面中的靜電、電磁等干擾信號通過金屬殼屏蔽，減少對電氣設(shè)備的干擾。二是應(yīng)用專業(yè)屏蔽設(shè)備，現(xiàn)階段煤礦主要采用隔離變壓器，通過中性點經(jīng)電容接地提高電氣系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新的抗干擾能力。三是合理布線，將強電動力線路與弱電信號線分開走線，避免因雙線交叉對設(shè)備產(chǎn)生不同程度的干擾。

2.3 軟件設(shè)計

2.3.1 軟件結(jié)構(gòu)

在煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)中，基本程序設(shè)計與模塊化設(shè)計是軟件設(shè)計的主要組成部分。根據(jù)煤礦工作面的實際生產(chǎn)狀況，將電氣自動化控制系統(tǒng)分為多個子任務(wù)模塊，分別對其進行編寫和調(diào)試，最后整合起來。并對程序結(jié)構(gòu)進行適時調(diào)整，以便軟件結(jié)構(gòu)程序能夠適應(yīng)不同的實際生產(chǎn)狀況。

2.3.2 程序設(shè)計過程

根據(jù)某礦自動化控制系統(tǒng)的實際需求，對I/O信號進行集中編制，將不同編號的程序定時器、計數(shù)器等設(shè)備統(tǒng)一管理，詳細列出I/O分配情況和內(nèi)部繼電器標志位配表，能夠提升系統(tǒng)的維護效率，促進電氣運行的可靠性。

3 PLC控制系統(tǒng)程序的應(yīng)用

將PLC控制系統(tǒng)程序應(yīng)用于某礦，進行I/O端子測試和系統(tǒng)調(diào)試。通過試驗，觀測PLC控制系統(tǒng)程序的應(yīng)用效果。針對不同的PLC系統(tǒng)應(yīng)用效果制定不同修改策略，確保PLC控制系統(tǒng)程序的應(yīng)用效率。

3.1 I/O端子測試

手動對PLC輸入端子進行檢查、驗證，若PLC輸入端子的指示燈點亮，表示正常；反之，應(yīng)檢查接線或者是I/O點壞。

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

調(diào)試過程中，根據(jù)某煤礦設(shè)計生產(chǎn)需求對硬件進行適當修改，調(diào)試程序為檢查硬件、修改程序、對現(xiàn)場信號和控制量做綜合測試、帶設(shè)備調(diào)試，最后調(diào)試結(jié)束。通過該程序的試驗，該礦電氣系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，減少了經(jīng)濟成本投入，且保障了工作面生產(chǎn)人員的安全，提高了煤礦開采效率，經(jīng)濟、社會效益顯著。

4 結(jié)論

1）現(xiàn)階段煤礦電氣系統(tǒng)在設(shè)備控制和監(jiān)測方面存在諸多問題，極大地影響了工作面的正常推進，且對井下工作人員安全構(gòu)成了威脅。

2）對煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)進行創(chuàng)新設(shè)計和改進，極大提升了煤礦生產(chǎn)效率，保證了煤礦電氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。

3）基于PLC電氣自動化控制，根據(jù)某煤礦生產(chǎn)的實際需求對設(shè)備選型、硬件與軟件設(shè)計進行創(chuàng)新與優(yōu)化，為該礦實現(xiàn)礦山的現(xiàn)代化、自動化和智能化發(fā)展提供了保障。

[1] 李建忠.單片機原理及應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

[2] 王玉英，王文魁.單片機在煤礦電氣自動化程制技木中的應(yīng)用研究[J].電腦知識與技術(shù)，2011（32）：8 055-8 057.

[3] 田慶軍，周曉娟.當前煤礦電氣設(shè)備安全管理存大的問題和對策[J].煤炭技術(shù)，2009（2）：190-191.

[4] 劉麗.煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計[J].煤炭技術(shù)，2013（8）：93-95.

[5] 李養(yǎng)明.煤礦電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化分析[J].山東煤炭科技，2015（7）：106-108.